C++ STL 容器 deque

1. deque 对象

1.1 内部表示

deque 为我们提供了一个双端队列，即可以在队头进行 push、pop，可以在队尾进行 push、pop

deque 容器擅长的就是在头部和尾部添加或删除元素

vector 是一段连续的内存空间，当需要重新分配时，转移到了另一段连续的内存空间，而 deque 的实现比较复杂，deque 底层维护的是一段段连续的内存空间

首先看看 deque<T> 对象的内部表示
在这里插入图片描述
因为需要维护一段段的连续空间，里面保存了很多指针，其中的 iterator 是 deque 的迭代器
sizeof(deque<int>) = 80，相比 vector 大很多

1.2 底层数据结构

下图是具体的模型
在这里插入图片描述
假设现在有一个 deque 对象保存了 1, 2, …, n, n+1, n+2 这样一个序列，那么它们可能就像如图所示的分布情况

左边是一个映射表，表中每一个指针指向一段连续的内存空间，通过这个表来将所有分段联系起来

右边是两段连续的内存空间，用来存放实际的元素，每一段空间所能容纳的元素个数是相同的。图中 0 ~ n 存放在一块，n + 1 存放在另一块，整个序列不是连续的，而是分段连续的

再看看 iterator ，node 指向映射表中的一个数据，来定位这段空间，first 和 last 分别指向这段空间的首地址和可用空间的末尾地址，iterator start 的 cur 指针指向第一个元素，而 iterator finish 的 cur 指针指向的是最后一个元素的下一个位置

1.3 分段连续

iterator 中 node 的作用就很关键了，想从一段空间跳到下一段空间，就需要将 node + 1 ，这样 node 指向了下一段内存空间，迭代器就可以访问下一段空间里的元素了，这就是 deque 实现的分段连续

底层 deque 申请了一段段的空间，通过这个 map 映射表，让用户感觉就是一段完整的连续空间

当头部或尾部要超出容量时，就需要分配新的一段空间，建立一个新的映射关系，在新的一段空间里构造新元素

1.在头部添加元素：
在这里插入图片描述
如图，现在想 push_front(0) 在头部添加一个元素，因为再添加已经超出空间，所以需要分配一个新的空间，添加之后情况如下

新添加的 0 在新空间的末尾

2.在末尾添加元素：
在这里插入图片描述
如图，现在想 push_back(n+1) 在末尾添加一个元素，但是现在的空间的元素个数已经用完了，需要分配一个新空间，添加之后情况如下

新添加的 n + 1 在新空间的首部

1.4 重新分配

vector 的重新分配需要将元素从旧空间转移至新空间

而 deque 的重新分配是指 map 映射表用完了，需要申请新空间容纳更多的映射关系，而实际存放元素的那些空间并不需要处理，只需要将旧映射表中的指针拷贝到新映射表就行了

2. deque 迭代器

deque 对象中已经使用了 start 和 finish 来定位首尾元素了，下面我们看看 deque 迭代器的具体实现

template<typename _Tp, typename _Ref, typename _Ptr>
struct _Deque_iterator
{
	_Elt_pointer _M_cur;	// T*
	_Elt_pointer _M_first;
	_Elt_pointer _M_last;
	_Map_pointer _M_node;	// T**
}

deque 迭代器实现为随机访问迭代器

cur 指针指向的就是具体的元素，通过 cur 就能访问元素了

 _GLIBCXX_NODISCARD
reference
operator*() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return *_M_cur; }

_GLIBCXX_NODISCARD
pointer
operator->() const _GLIBCXX_NOEXCEPT
{ return _M_cur; }

++ – 也就是 cur 指针移动，这里就是要考虑 cur 到达 fisrt 或 last 需要跳转到另一段空间中，这就需要改变 node 了，同时修改 first 和 last ，如果 cur 需要跳转到前一段空间，那么 cur 应该指向这段空间的末尾也就是 last - 1，如果是跳转下一段空间，那么 cur 应指向这段空间的首地址也就是 first

_Self&
operator++() _GLIBCXX_NOEXCEPT
{
	++_M_cur;
	if (_M_cur == _M_last)
	{
		_M_set_node(_M_node + 1);
		_M_cur = _M_first;
	}
	return *this;
}

_Self&
operator--() _GLIBCXX_NOEXCEPT
{
	if (_M_cur == _M_first)
	{
		_M_set_node(_M_node - 1);
		_M_cur = _M_last;
	}
	--_M_cur;
	return *this;
}

跳转到另一个空间，修改 node

void
_M_set_node(_Map_pointer __new_node) _GLIBCXX_NOEXCEPT
{
	_M_node = __new_node;
	_M_first = *__new_node;
	_M_last = _M_first + difference_type(_S_buffer_size());
}